SSB調(diào)制,解調(diào)電路的設(shè)計

1、高頻電子線路課程設(shè)計報告摘 要目前電子設(shè)備的性能在很大程度上與干擾和噪聲有關(guān)。例如，接收機的理論靈敏度可以非常高，但是考慮了噪聲以后，實際靈敏度就不可能做到很高。在通信系統(tǒng)中，提高接收機的靈敏度比增加發(fā)射機煩的成功率更為有效。在其他電子儀器，它們的準(zhǔn)確性。靈敏度等也與噪聲有很大的關(guān)系。另外，由于各種干擾的存在，大大影響了接收機的工作，因此，研究各種干擾和噪聲的特性，以及降低干擾和噪聲的方法十分必要。這時，便需要將高頻小信號放大器中的知識運用到通信之中。 隨著科技技術(shù)的發(fā)展，以及人類對通信領(lǐng)域越來越深刻的研究，高頻電子線路的知識成為了無線通信領(lǐng)域中不可或缺的一部分知識，只有在掌握好了這門課程的知

2、識，才能將里面的要點融會貫通到無線通信的應(yīng)用之中，高頻電子線路是無線電技術(shù)類各專業(yè)的一門主要技術(shù)的基礎(chǔ)課，他的任務(wù)是研究高頻電子線路的基本原理和基本分析方法，以單元電路的分析和設(shè)計為主。只要在熟練掌握了這門知識，以后才有可能在無線通信理論中有所造詣。關(guān)鍵詞：高頻電子線路，接收，調(diào)制，解調(diào) 目錄引言3SSB信號3SSB通信3SSB通信優(yōu)勢4應(yīng)用方向4課題相關(guān)4課題要求4主要性能指標(biāo)4設(shè)計要求4基本原理4SSB調(diào)制4定義4種類5信號產(chǎn)生方法6SSB解調(diào)7方案設(shè)計8調(diào)制方案8解調(diào)方案9元器件及參數(shù)9仿真13仿真說明13仿真圖13總原理圖14其他仿真圖14參考文獻18附錄19SSB調(diào)制/解調(diào)電路的設(shè)計

3、1 引 言1.1 SSB信號單邊帶的英語說法是：Single Side Band，縮寫為SSB。要說明什么是單邊帶就要先說說什么是頻譜。頻譜是頻率譜密度的簡稱。它將對信號的研究從時域引申到頻域，從而帶來更直觀的認(rèn)識。一個規(guī)則的非正弦信號，不論是周期性的還是非周期性的，都可以分解為一系列頻率不同的正弦或余弦分量。將分解得到的一系列正弦波的振幅按照頻率的高低排列就可得到信號的振幅頻譜，簡稱幅譜。將各正弦波的初相角按照頻率的順序加以排列就能得到信號的相位頻譜，簡稱相譜。頻譜是幅譜和相譜的總成。絕大多數(shù)情況下只要知道信號的幅譜就足夠了，所以習(xí)慣說提到的頻譜一般都是指幅譜，除非特別說明。單邊帶信號從本質(zhì)

4、上來說也是一種調(diào)幅信號，它出自于調(diào)幅又區(qū)別于調(diào)幅。調(diào)幅波是一個載波幅度跟隨調(diào)制音頻幅度變化而變化的調(diào)制方式。單邊帶信號的產(chǎn)生一般使用平衡調(diào)制器，它的特點是經(jīng)過調(diào)制的信號只包含上邊帶和下邊帶頻率分量，而音頻和載波在調(diào)制器內(nèi)部就被消滅掉了。這樣在調(diào)制器的輸出端，我們就得到了兩個邊帶的頻率分量，這種含有兩個邊帶信號同時也沒有載波分量的信號，我們稱它為雙邊帶信號，簡稱DSB。此時，DSB也可以被直接發(fā)射出去，但是DSB信號中含有兩個邊帶的信號，這兩個邊帶攜帶著兩個完全相同的信息，我們完全可以只發(fā)射其中的一個。這時，我們用濾波器過濾掉其中的一個邊帶就可以得到單邊帶信號（LSB或者USB）。由于這兩個邊帶

5、的頻率都是在很高的高頻波段，而且兩個邊帶的頻譜靠的很近。顯然只能靠Q值極高的機械濾波器或晶體濾波器才能很好的把其中一個邊帶濾除掉。1.2 SSB通信一般通信系統(tǒng)中，載波經(jīng)音頻信號調(diào)制后，包含載波頻率和上、下兩個邊帶，這兩個邊帶均能用來傳輸信息。通常傳遞信號，僅需要一個邊帶就足夠了，但在一般的通信系統(tǒng)中，往往把載波頻率和上、下邊帶一起發(fā)送出去，這樣在載波和另一邊帶中消耗了發(fā)射功率中的大部分功率，而且還要占用較寬的通信頻帶。為了提高通信效率和節(jié)約通信頻帶，在通信時，可將載波和另一邊帶去掉，只發(fā)送一個邊帶，這種通信方式就稱為單邊帶通信。1.3 SSB通信優(yōu)勢單邊帶通信的優(yōu)點是：1、節(jié)省功率；2、節(jié)約

6、頻帶；3、由于單邊帶發(fā)射機不發(fā)送載頻，提高了保密性。其缺點是設(shè)備比較復(fù)雜。1.4 應(yīng)用方向單邊帶通信可以用于有線載波電話，無線電話、傳真、電視和數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫妫壳白畛Ｓ糜谟芯€載波電話和遠(yuǎn)距離點對點短波無線電通信。2 課題相關(guān)2.1 課題要求2.1.1主要性能指標(biāo)載頻為100KHz，調(diào)制信號為1kHz的正弦波。2.1.2 設(shè)計要求低電平調(diào)幅電路實現(xiàn)SSB調(diào)制；同步檢波法進行解調(diào)。電路圖；利用Multisim進行仿真設(shè)計；相關(guān)仿真波形圖、頻率特性圖。3 基本原理3.1 SSB調(diào)制3.1.1 定義單邊帶調(diào)制（英文是Single-sideband modulation，縮寫為SSB），是一種可以更加

7、有效的利用電能和帶寬的調(diào)幅技術(shù)。單邊帶調(diào)制與殘留邊帶調(diào)制（VSB）有密切的關(guān)系。 調(diào)幅技術(shù)輸出的調(diào)制信號帶寬為源信號的兩倍。單邊帶調(diào)制技術(shù)可以避免帶寬翻倍，同時避免將能量浪費在載波上，不過因為設(shè)備變得復(fù)雜，成本也會增加。將消息的頻譜從基帶移到一個較高的頻率上，而且在平移后的信號頻譜內(nèi)原有頻率分量的相對關(guān)系保持不變的調(diào)制技術(shù)。單邊帶 (SSB)調(diào)制也可看作是調(diào)幅(AM)的一種特殊形式。調(diào)幅信號頻譜由載頻fc和上、下邊帶組成，被傳輸?shù)南趦蓚€邊帶中，而且每一邊帶包含有完整的被傳輸?shù)南ⅰＲ虼?，只要發(fā)送單邊帶信號，就能不失真地傳輸消息。顯然，把調(diào)幅信號頻譜中的載頻和其中一個邊帶抑制掉后，余下的

8、就是單邊帶信號的頻譜。 SSB信號的表達式為：取上邊帶: USSBt=Ucos(wc+)t取下邊帶: USSBt=Ucos(wc-)t U=UUc從上式看，單頻時的SSB信號仍是等幅波，但它與原載波電壓是不同的。SSB信號的振幅和調(diào)制信號的幅度成正比，它的頻率隨著調(diào)制信號頻率的不同而不同，因此它含有消息特征。單邊帶信號的包絡(luò)與調(diào)制信號的包絡(luò)形狀相同，在單頻調(diào)制時，它們的包絡(luò)都是一個常數(shù)。3.1.2 種類單邊帶調(diào)制按信號頻譜形式可分為三類。原型單邊帶:只利用一個邊帶傳輸消息；獨立邊帶：仍然發(fā)送雙邊帶信號，但這兩個邊帶各含若干路不同的消息；殘留單邊帶：發(fā)送一個邊帶再加上另一個邊帶的一小部分的信號。

9、載頻信號可以發(fā)送，也可以不發(fā)送。單邊帶調(diào)制按載頻發(fā)送電平的大小又分為三類。載頻全抑制制:只發(fā)送邊帶信號，不發(fā)送載頻信號。導(dǎo)頻制：除了發(fā)送邊帶信號外，還發(fā)送一個低電平的載頻信號作“導(dǎo)頻”用。它通常用于超音速飛機或人造衛(wèi)星中的單邊帶設(shè)備。發(fā)出導(dǎo)頻是為了給收信端的單邊帶裝置中的恢復(fù)載頻鎖相環(huán)提供參考頻率源。兼容單邊帶制：即載頻電平全發(fā)送的原型單邊帶。采用兼容單邊帶的電臺可以和調(diào)幅電臺互通。3.1.3 信號產(chǎn)生方法(1) 帶通濾波一個調(diào)幅信號，由載波信號和兩個頻移后的調(diào)制信號構(gòu)成。兩個頻移后的調(diào)制信號分別在載波信號的兩側(cè)，其中頻率較低的那個信號是頻率反轉(zhuǎn)后的信號。俗稱為邊帶。一種生成單邊帶調(diào)制信號的方

10、法是將其中一個邊帶通過濾波去除，只留下上邊帶或者下邊帶。而且載波一般也需要經(jīng)過衰減或者完全濾除（抑制）。這通常稱為抑制單邊帶載波。假如原調(diào)制信號的兩個邊帶是對稱的，那么經(jīng)過這一變換后，并不會造成任何的信息遺失。因為最終的射頻放大器只發(fā)射一個邊帶，這樣有效輸出功率就會比普通的調(diào)幅方式大。單邊帶調(diào)制雖然具有使用帶寬小、節(jié)省能量的優(yōu)點，但是它無法被普通的調(diào)幅檢波器解調(diào)。(2) 哈特利調(diào)制 (移相法)另外一種產(chǎn)生單邊帶調(diào)制信號的方法為哈特利調(diào)制。這種調(diào)制方法是根據(jù)R. V. L. Hartley命名的。該調(diào)制方法使用了相移方法來抑制不需要的邊帶。具體方法是，先將原始信號相移90、載波信號也相移90，再

11、將原信號與原載波信號調(diào)制，相移后的信號與相移后的載波信號調(diào)制，這樣就生成了兩個調(diào)制后的信號。這兩個調(diào)制后的信號通過加減，就可以獲得邊帶信號。這種調(diào)制方法的一個好處就是，它可以允許解析單邊帶信號的表達式。這樣有利于更好的理解單邊帶信號的同步檢測效果。將信號相移90無法依靠簡單的延遲信號得到。在模擬電路中，通常使用相移網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。在真空管收音機流行的年代，這種方法非常流行，但后來因為成本的問題，使用的越來越少了。不過，現(xiàn)在這種調(diào)制方法在業(yè)余無線電和數(shù)字信號處理器領(lǐng)域很流行。利用希爾伯特變換，可以在數(shù)字電路中以低成本實現(xiàn)這種調(diào)制方法。(3) 韋瓦調(diào)制另一種實現(xiàn)方法是韋瓦調(diào)制，該方法僅使用低通濾波和正

12、交混合就可以實現(xiàn)，是數(shù)字化的理想方法。韋瓦調(diào)制的過程是，首先信號經(jīng)過正交調(diào)制，然后再經(jīng)過低通濾波，再經(jīng)過正交調(diào)制。之后取和，則獲得上邊帶信號，取差，則獲得下邊帶信號。3.2 SSB解調(diào)解調(diào)信號低通濾波器SSB信號同載波頻率的電壓信號圖3-1 解調(diào)流程圖采用模擬乘法器完成相乘作用，故稱之為乘積檢波電路：設(shè)輸入的已調(diào)波為載波分量被抑止的雙邊帶信號v1，即：v1=V1costcosw1t本地載波電壓：v0=V0cos(w0t+)本地載波的角頻率 w0準(zhǔn)確地等于輸入信號載波的角頻率w1 ，即w0 =w1，但二者的相位可能不同；這里表示它們的相位差。這時相乘輸出(假定相乘器傳輸系數(shù)為1)：v2=V1V0

13、costcosw1tcosw1t+=12V1V0coscost+14V1V0cos2w1+t+14V1V0cos2w1-t+低通濾波器濾除2w1 附近的頻率分量后，就得到頻率為的低頻信號，v=12V1V0coscost由式可見，低頻信號的輸出幅度與cos成正比。當(dāng)=0時，低頻信號電壓最大，隨著相位差加大，輸出電壓減弱。因此，在理想情況下，除本地載波與輸入信號載波的角頻率必須相等外，希望二者的相位也相同。此時，乘積檢波稱為“同步檢波”。乘積檢波也可用來解調(diào)普通調(diào)幅波，這時參考信號的作用僅是加強了輸入信號中的載波分量。4 方案設(shè)計4.1 調(diào)制方案采用濾波法:產(chǎn)生 SSB 信號最直觀的方法時，現(xiàn)殘生

14、一個雙邊帶信號，然后讓其通過一個帶通濾波器，濾除丌要的邊帶，即可獲得單邊帶信號。我們通常把這種方法稱為濾波法，它是最簡單也是最常用的方法。其原理圖如下：單邊帶信號窄帶濾波器乘法器載波信號調(diào)制信號圖4-1 濾波法原理圖經(jīng)過乘法器之后輸出的是DSB（雙邊帶信號），其表達式如下ut=utuct=UmcostUcmcoswct=12UmUcmcoswc+t+cos(wc-)t經(jīng)過濾波之后得到SSB信號：本課題采用的的是 由高通和低通濾波器組合起來構(gòu)成的帶通濾波器。原理如下：設(shè)傳遞函數(shù)為H(w),如果它具有如下理想高通特性：Hw=HUSBw=1 (wWc) 0 (wwC)則可濾除下邊帶，保留上邊帶(US

15、B)；如果它具有如下理想低通特性：Hw=HUSBw=1 (wWc) 0 (wwC)因此SSB信號的頻譜可表示為SSSB(w)=SSDB(w)H(w)4.2 解調(diào)方案低通濾波器解調(diào)信號 Kxyxy同載波頻率相位的電壓信號SSB信號圖4-2 解調(diào)方案流程圖5 元器件及參數(shù)乘法器AD734AN：圖 5-1 AD734AN圖 5-2 AD734AN引腳說明運算放大器 OPAMP：圖5-3 OPAMP運放圖5-4 OPAMP 引腳說明乘法器 MULTIPLIER:圖5-5 MULTIPLIER圖5-6 MULTIPLIER參數(shù)說明Output Gain(K)為放大倍數(shù)6 仿真6.1 仿真說明載波信號V1

16、: 幅度：5v 頻率：100 kHz調(diào)制信號V2：幅度：1v 頻率：1kHz主要步驟： V1 ，V2 經(jīng)過乘法器U4 后 ，得到一個DSB信號，其頻帶從 100-1=99 k 至 100+1=101k ，頻帶寬度約為2k。 DSB信號經(jīng)過 低通(99k)電路組成的帶通濾波器之后,得到上邊頻 SSB SSB信號與 5v 100kHz 的V11相乘，在經(jīng)過低通濾波器，得到 頻率通調(diào)制信號 V2，即頻率為1kHz的 輸出信號。6.2 仿真圖6.2.1 總原理圖 6-1 總仿真圖*為得到更好效果，后將 V2幅值改為 1v6.2.2 其他仿真圖 (1)經(jīng)過U4 得到的DSB ，由XSC2 觀察到的波形圖

17、：圖 6-2 DSB時域圖由XSA2 得到的DSB頻譜圖：放大后圖6-3 DSB頻域圖(3)經(jīng)過低通與高通濾波器之后，由XSC1得到的SSB波形圖：圖 6-4 SSB時域圖圖 6-5 SSB頻域圖(4) 經(jīng)過乘法器與低通濾波器之后的解調(diào)波形(XSC3)：圖 6-6 解調(diào)波形由時間軸 T2-T11ms 可知，解調(diào)波形的頻率和調(diào)制信號的頻率一致。參考文獻1 曾興雯，劉乃安，陳健.高頻電路原理與分析M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003，6.2 華成英,童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)(M).高等教育出版社3 董在望等.通信電路原理.第2版.北京：高等教育出版社，20024 謝沅清.模擬電子線

18、路(II).成都：電子科技大學(xué)出版社，19945 張鳳言.電子線路基礎(chǔ).第2版.北京：高等教育出版社，19956 聶典等.Multisim 12 仿真設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2014.17 樊昌信,徐炳祥等.通信原理（第五版）M.國防工業(yè)出版社,20018 張輝,曹麗娜.現(xiàn)代通信原理與技術(shù)M.西安電子科技大學(xué)出版社,20089 John Proakis. Digital Communications(影印版).電子工業(yè)出版社，1998附 錄使用元件清單參考標(biāo)識描述系列封裝0GROUNDPOWER_SOURCES-V2AC_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-V1AC

19、_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-U4AD734ANSPECIAL_FUNCTIONPDIP-N-14V3DC_POWERPOWER_SOURCES-C1100nFCAPACITOR-V4DC_POWERPOWER_SOURCES-C2100nFCAPACITOR-U1AD734ANSPECIAL_FUNCTIONPDIP-N-14R350RESISTOR-R150RESISTOR-V5AC_VOLTAGESIGNAL_VOLTAGE_SOURCES-V7DC_POWERPOWER_SOURCES-C4100nFCAPACITOR-C7100nFCAPACITOR-C8100nFCAPACITOR-R620kRESISTOR-U